工质的热力性质和热力过程

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1、热工基础巫英伟西安交通大学Tel:13992832620Email:wyw810@mail.xjtu.edu.cn第三章工质的热力性质和热力过程概述纯物质具有三种不同的集态形式：固态、液态和气态。相：热力系中物理性质和化学组成完全均匀的部分。固、液、气三态物质均可作为热能和机械能相互转换所凭借的物质。物质的三种集态及多相共存的热力学性质均要进行研究。热能和机械能的相互转换通过物质的体积变化实现气体能快速、有效实现体积变化工质热力性质理想气体实际气体蒸气一理想气体1、宏观定义若基本状态参数p、v、T满足方程这样的气体称为理想气体。2、微观定义假定：(

2、1)气体分子是些弹性的、不占体积的质点；(2)气体分子间没有相互作用力。理想气体是一种实际上不存在的假想气体，它是压力趋近于零，比体积趋近近于无穷大时的极限状态。但工程中很多气体远离液态时，接近于理想气体的假设条件。第一节理想气体的热力性质克拉贝龙状态方程二理想气体状态方程根据理想气体宏观定义:令常数为Rg单位：p－Pa；v－m3/kg;T－K;Rg－J/(kg.K)Rg为气体常数，它与气体的种类有关，常用气体的气体常数请看p250附录A-2若物质的质量m以kg为单位，物质的量n以mol为单位，用M表示物质的摩尔质量，则1mol气体的体积以Vm表示

3、，两边同乘以M得对于各种气体的气体常数的所以MRg与物质的种类无关。（也与状态无关）令R＝MRg，R称为摩尔气体常数。取标准状态参数得由于1摩尔的任何气体在压力p,温度T的状态下的摩尔体积相等。式中V—nmol气体所占有的容积，m3；n—气体的摩尔数，mol，理想气体状态方程式中p—绝对压力Pa—比容m3/kgT—热力学温度K适用于1千克理想气体。式中V—质量为mkg气体所占的容积适用于m千克理想气体。式中VM=Mv—气体的摩尔容积，m3/mol；R0=MR—通用气体常数，J/mol·K适用于1摩尔理想气体。适用于n摩尔理想气体。三原子分子（H2O

4、,CO2，石油气)一般不能当作理想气体。特殊，如空调的湿空气，高温烟气的CO2,大气或燃气中少量的分压力很低的水蒸气也可作为理想气体处理哪些气体可当作理想气体？对于双原子和单原子气体，压力直到5MPa，温度在常温以上，可视为理想气体。工程中常用的氧气、氮气、氢气、一氧化碳等及其混合气体、燃气、烟气等工质，在通常使用的温度、压力下都可作为理想气体处理。理想气体与实际气体没有明显界限，在某种状态下，应视作为何种气体，要根据工程计算所容许的误差范围而定。三理想气体的比热容1、比热容的定义物体升高1K所需的热量称为热容，以C表示，1kg物质升高1K所需的热

5、量称为比热容，单位J／(kg.K),以c表示，1mol物质的比热容称为摩尔热容，单位J／(mol.K)，符号为Cm比热c应与过程有关，不同的过程比热容不同。工程中常用的有比定容比热容和比定压比热容。定容比热容与定压比热容——与过程的关系气体的比热容与热力过程有关，在热力计算中定容比热容与定压比热容最为重要。容积不变加入的热量全用于增加气体的热力学能，使气体温度升高压力不变加入的热量部分增加气体热力学能，部分用于推动活塞升高而对外作膨胀功2、理想气体的定压比热容和定容比热容应用第一定律，并假定过程可逆则有：热力学能包含内动能和内位能。对于理想气体其分

6、子间无作用力，所理想气体的热力学能只含有内动能，而内动能只于温度有关，所以理想气体的热力学能是温度的单值函数,即u=u(T),而h=u+pv＝u+RgT,所以理想气体的焓也是温度的单位函数，即h=h(T).3、理想气体定压比热容与定容比热容的关系即：上式乘摩尔质量M，则有：式（3－14）和（3－15）称为迈耶公式。(1)、迈耶公式*(2)、比热容比4、理想气体比热容的计算(1)、真实比热容附录A-3(p250)中给出了真实摩尔定压比热容的无量纲四次方经验关系式。(2)、平均比热容表对于一个定压过程，如果要计算过程的吸热量，则称为平均定压比热容。(3

7、)、平均比热容直线关系上式称为比热容的线性关系。附录A-5p252给出了一些常用气体的平均比热容直线关系式。4、定值比热容由分子运动论也可导出1mol理想气体的热力学能由些得出理想气体的摩尔定容比热容，定压比热容的比热容比。i是分子运动的自由度，单原子i＝3，双原子i＝5，多原子取i＝71.291.401.67多原子气体（i＝7）双原子气体（i＝5）单原子气体（i＝3）理想气体定值摩热容和比热容比［R＝8.3143J／(mol.K)]四理想气体的热力学能、焓和熵由上式可得1、热力学能与焓当比热容取定值时若取0K作为零点则2、状态参数熵熵的定义式为下

8、标rev表示可逆，可逆时有当比热容取定值时(不讲变比热容熵差计算)五理想气体混合物1、理想气体的分压力定律及分容积律p1、